Salt in cement ทำไมเราใส่เกลือลงในซีเมนต์ (แต่มากไปก็ไม่ดี) – ตอนก่อนหน้านี้ เราคุยกับไปแล้วว่าทำไมเราถึงใส่เกลือลงไปในน้ำโคลน วันนี้เราจะมาคุยต่อเรื่องเกลืออีกครั้งว่า ทำไมเราใส่เกลือ (อีกแล้ว) ลงในซีเมนต์ที่เราปั๊มลงหลุม
ก่อนอื่น อยากให้ไปอ่านบทความตอนเก่าที่เกี่ยวกับการปั๊มซีเมนต์ลงหลุมกันเสียก่อน เพื่อจะได้เข้าใจกลไก และ ภาพรวมของกำทำซีเมนต์หลุมเจาะฯ
ตามลิงค์นี้ไปเลยครับ
เทคนิคการปั๊มซีเมนต์ ให้ไปอยู่หลังท่อกรุ เราทำกันอย่างไร
ถ้าจะซื้อของใน shopee อยู่แล้ว เข้าทางนี้เลยครับ ผมจะได้ค่าคอมฯ ถือว่าช่วยผมจ่ายค่าเช่า host server ไม่ใช่คลิ๊กดูดเงินแน่นอนครับ ไม่ต้องกังวล
Basic oil well drilling animation แอนิเมชั่นแรกของวงการ ฉบับปฐม ก.กา
Salt in cement
ทำไมเราใส่เกลือลงในซีเมนต์ (แต่มากไปก็ไม่ดี)
ซีเมนต์เป็นสารเคมีชนิดหนึ่งที่เราใช้ก่อสร้างมานานนม
-------------------------------------------------------
ไม่พลาด ข่าวสาร บทความ ความรู้ ประกาศตำแหน่งงานว่าง และ อื่นๆ
กรอก ชื่อ และ อีเมล์ ในแบบฟอร์มข้างล่าง จะมีอีเมล์กลับมาให้ "ยืนยัน" นะครับ การสมัครจึงจะสมบูรณ์ ... อ้อ ... อย่าลืมดูใน junk, trash, spam box นะครับ บางทีระบบมันเอาอีเมล์ตอบกลับไปไว้ที่นั่น
แต่เชื่อไหมครับว่า จนถึงปัจจุบันเราก็ยังไม่เข้าใจกลไกที่แท้จริงการการแข็งตัว (set) ของซีเมนต์ เรารู้แต่ว่าเมื่อซีเมนต์อยู่ในสภาพของเหลวมันก็จะเคารพกฏของของเหลวทุกอย่าง เช่น กฏของนิวตัน ที่เกี่ยวกับการไหล กฏของปาสคาล ที่เกี่ยวกับความดัน
พอมันเป็นของแข็ง มันก็สูญเสียคุณสมบัติของของเหลว แล้วเปลี่ยนใจมาเคารพกฏทางฟิสิกส์ของของแข็ง (ซะงั้น)
ช่วงหัวเลี้ยวหัวต่อที่มันจะแปลงกายจากของเหลวเป็นของแข็งนี่ซิครับ หวาดเสียว …
ทำไมนะหรือ … ตอนซีเมนต์เป็นของเหลวมันก็มีความดันเนื่องจากน้ำหนัก (ความหนาแน่น) (Hydrostatic pressure) มี ECD (Equivalent Circulation Density) แบบของเหลว เหมือนน้ำโคลน เราใช้คุณสมบัตินี้ของซีเมนต์ตอนเป็นของเหลวในการสู้กับความดันของของไหล (โดยเฉพาะก๊าซ) ในชั้นหินเอาไว้ ไม่ให้เข้ามาในหลุมขณะเราปั๊มซีเมนต์ลงไป
พอซีเมนต์เป็นของแข็ง มันก็จะซีล (seal) อุดช่องว่างชั้นหิน กั้นไม่ให้ของไหลจากรูพรุนชั้นหินเข้ามาในหลุม
เหลือ L สองชุด M 1 ชุด นะคร๊าบ
ปัญหามันอยู่ตอนซีเมนต์กำลังเปลี่ยนใจเป็นของแข็งนี่ซิ
คุณสมบัติการรักษาความดันแบบของเหลวเนี้ยมันหายไป ทำให้ก๊าซทะลุทะลวงเข้ามาได้ ดังนั้น การที่จะทำให้ก๊าซไม่เข้ามา หรือ เข้ามาได้น้อยที่สุด เราจะต้องบังคับให้ซีเมนต์มันแข็งตัวในเวลาที่เราต้องการเร็วที่สุด ไม่ให้มีช่วงเวลาที่เปลี่ยนสถานะนาน
พูดง่ายๆ ตอนเหลวก็โอเค ตอนแข็งก็โอเค แต่ตอนกำลังเปลี่ยนสถานะนี่ไม่โอเค
แต่ล่ะบ.ผู้ให้บริการซีเมนต์ (cementing company) ก็มีสูตรเคมีที่ใช้ปรับระยะเวลานี้ที่แตกต่างกันออกไป ความลับ ของใครของมัน
ประเภทของบริษัท ในวงการสำรวจและผลิตปิโตรเลียม (คลิป + script 2 ภาษา)
แต่นั่นก็ไม่เกี่ยวกับเกลือ แค่เล่าให้ฟังเป็นความรู้เฉยๆ 555
หาบ้านให้น้องหน่อยครับ :)
ขาวจั๊วะ กอดได้ อิงได้ วางประดับได้
ปาหัวคนข้างๆก็ได้ (เวลาใช้ให้ไปล้างจานแล้วไม่ยอมไป)
เร็วๆหน่อย
วิศวกรหลุมเจาะฯจะต้องคำนวนว่า เราอยากให้ซีเมนต์แข็งตัวเร็วแค่ไหน เพราะถ้าเราปั๊มซีเมนต์ลงหลุมไปแล้ว ซีเมนต์เหลวๆไปอยู่ระหว่างท่อกรุกับชั้นหินแล้ว เราก็อยากให้มันแข็งไวๆใช่ป่ะ ไม่งั้นเราเปิดหลุมทำงานต่อไม่ได้ ไม่ปลอดภัย
จะนั่งโขกหมากรุกรอให้ซีเมนต์แข็งก็กระไร ค่าเช่าแท่นเจาะฯแพง ทุกนาทีคือเงิน
เราก็ต้องหาอะไรใส่ลงไปในซีเมนต์เพื่อทำให้มันแข็งเร็วขึ้น เราเรียกว่า ตัวเร่ง (accelerator) ตัวเร่งการแข็งตัวของซีเมนต์ที่เรารู้จักกันแต่บรรพกาลในวงการก่อสร้างนั้นก็คือพระเอก “เกลือ” ของเรานี่แหละครับ
(อาจจะเป็นเพราะว่าเกลือเป็นสารเคมีที่เก่าแก่ที่สุดมังที่มนุษย์เรารู้จัก เราจึงนำมันมาลองผิดลองถูกใช้ในชีวิตประจำวัน และ ใช้ในการพัฒนาเทคโนโลยีโบราณหลายๆด้าน เช่น ถนอมอาหาร รักษาโรค ทำความสะอาด ไปจนถึงเร่งให้ซีเมนต์แข็งตัวเร็วขึ้น)
เกลือที่โด่งดังที่สุดก็ไม่พ้นเกลือแกงนี่แหละครับ NaCl (โซเดียมคลอไรด์) เพราะมันหาง่าย รองมาก็ CaCl2 (แคลเซียมคลอไรด์) แต่ปัญหามันอยู่ที่ความเข้มข้นครับ
ถ้าเข้มข้นไม่มาก มันก็เป็นตัวเร่ง แต่ถ้ามากเกินค่าๆหนึ่งเมื่อไร มันจะค่อยๆลดประสิทธิภาพการเป็นตัวเร่งลง และ แปลงกายเป็น ตัวหน่วง (retarder)
เนื่องจากปัจจุบันเราไม่รู้กลไกการแข็งตัวของซีเมนต์อย่างแท้จริง เราจึงไม่รู้ว่าเกลือแต่ล่ะชนิดมันไปทำปฏิกริยากับซีเมนต์อย่างไร จึงเกิดทำให้เร่ง หรือ หน่วงการแข็งตัวได้ ดังนั้น เราจึงไม่สามารถคำนวนได้ว่า ความเข้มข้นเท่าไรกันแน่ เพราะความไม่รู้ และ ปัจจัยแวดล้อมมากมาย เช่น ชนิด เกรด ของซีเมนต์ อุณหภูมิ PH (ความเป็นกรด) ปริมาณคลอไรด์ และ อื่นๆในน้ำที่นำมาผสมซีเมนต์ ฯลฯ
ที่เราพอทำได้คือ จำกัดตัวแปรต่างๆให้ใกล้เคียงกับหน้างานที่จะใช้จริงให้มากที่สุด แล้วทำการทดลองในห้องทดลอง เพื่อให้ได้ส่วนผสมหรือสูตรที่จะเอาไปใช้ เราเรียกว่า (lab test) ส่วนสูตรที่ได้มา เราเรียก recipe (สะกดไม่ผิดครับ คำเดียวกับที่แปลว่าตำราอาหารนั่นแหละครับ)
ดังนั้นบ.ซีเมนต์ทุกเจ้าจะต้องมี cement lab technician และ มีห้อง lab เพื่อการนี้
กลับมาเรื่องเกลือ …
แต่ แต่ … ปัญหาอีกอย่างของการใช้เกลือคลอไรด์คือ มันทำให้เหล็กผุ นึกถึงเรือที่ทำด้วยเหล็กกับน้ำทะเลซิครับ ผุง่ายจะตายถ้าไม่ทากันสนิม แล้วนี่เราจะเอาน้ำทะลไปใส่ซีเมนต์ ท่อกรุเราไม่ผุเหรอ ดังนั้นเราจึงต้องเลี่ยงไปใช้เกลือชนิดอื่น เช่น …
calcium nitrate (Ca(NO3)2), calcium nitrite (Ca(NO2)2), calcium formate (Ca(HCOO)2) and aluminium compounds, Calcium sulphoaluminate (CSA)
ไม่ต้องไปจำครับ ลอกมาให้ดูเป็นตัวอย่างเฉยๆ จะเลือกใช้อะไรก็ต้องดูว่า มันทำปฏิกริยาเคมีกับสารเคมีอื่นๆที่เราต้องใส่ในซีเมนต์หรือไม่อย่างไร (compatability) แน่นอนว่า ต้องดูราคาด้วย
จะว่าไป ไม่เชิงว่าเกลือแคลเซียม เกลือโซเดียม จะไม่มีที่ให้ใช้นะครับ
ถ้าเป็นหลุมสำรวจ คือขุดลงไปเอาท่อกรุลง หยั่งธรณี ทดสอบหลุม บลาๆ ได้ข้อมูลทุกอย่างสมใจนึกบางลำพูแล้ว เราก็จะฝังกลบ สละ หลุมทิ้ง ไม่เก็บเอาไว้ผลิต กรณีนี้ท่อกรุจะผุก็ช่างมัน ยังไงซีเมนต์ในขบวนการฝังกลบหลุมก็เป็นตัวกั้นไม่ให้ของเหลวในหลุมขึ้นมาปากหลุมอยู่แล้ว ดังนั้น เกลือแคลเซียม เกลือโซเดียม เป็นตัวเลือกที่น่าสนใจ เพราะ แฮ่ๆ ราคาถูก และ หาง่าย
ช้าๆหน่อย
เดาทางได้ใช่ไหมครับว่าต่อไปจะคุยเรื่องอะไร มีตัวเร่งแล้วก็ต้องมี ตัวหน่วง เราเรียกว่า retarder คือ ทำให้ซีเมนต์แข็งตัวช้าลงกว่าปกติ
ทำไมเราต้องการให้แข็งตัวช้าล่ะ
ก็ถ้าหลุมลึก หลุมยาว ใช้เวลาปั๊มกันนาน หลุมอุณหภูมิสูง (ความร้อนทำให้ซีเมนต์แข็งตัวเร็วขึ้น) เผื่อระบบปั๊มระบบท่อซีเมนต์เสียอุดตัน (ไม่ควรเสียนะ แต่ก็นะ ดวงมันจะซวยมันก็ซวย) ก็ต้องเผื่อเวลาเอาไว้ จริงไหม ไม่งั้น ซวยเลย ปั๊มๆอยู่ อ้าว ปั๊มไม่ไปซะงั้น ซีเมนต์แข็ง คือ แข็งคาท่อเลยว่างั้น
เสียหายทั้งหลุม ต้องเอาหัวเจาะลงไปขุดซีเมนต์ในท่อกรุออกทั้งหมด ไม่ปลื้มๆ หลายๆกรณี ถ้าเกิดเหตุการณ์(ซวย)แบบนี้ เผลอๆขุดหลุมใหม่อาจจะถูกกว่า แก้ไขซ่อมหลุมเก่า และ แน่นอนว่า ต้องมีคนรับผิดชอบ
หุหุ ส่วนมากหวยก็ไปออกที่วิศวกรขุดเจาะ ถ้าคำนวนผิด หรือ ไปออกที่วิศวกรซีเมนต์ (คนของบ.service) ที่ปั๊มซีเมนต์อยู่บนแท่นฯนั่นแหละถ้าขบวนการทำงานผิด ปั๊มเสีย บลาๆ ไม่ก็บ.ซีเมนต์ ถ้า recipe ผิด … ก็ต้องไปสืบสาวเอาความล่ะ จะจำ จะปรับ หรือ ทั้งจำทั้งปรับ ก็ว่ากันไป 555 ถ้าหนักหน่อยก็ประหารเลย หุหุ
เราใช้สารเคมีอะไรเป็นตัวหน่วงล่ะ
ที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย ก็มีตระกูล Lignosulfonate เช่น โซเดียม Lignosulfonate แคลเซียม Lignosulfonate ซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์ผลพลอยได้จะอุตสาหกรรมเยื่อกระดาษ นอกจากนั้นก็มีตระกูล hydrocarboxylic acids, organophosphates และ แทนนิน
สังเกตุว่าเป็นตระกูลสารเคมีอินทรีย์ล้วนๆเลยครับ โดยเฉพาะแทนนินนี่ได้มาจากพืชเลย
เราใช้แทนนินมานมนานโบราณพอๆกับเกลือเลยครับ เช่น ใช้ฟอกหนัง ย้อมผ้า บำบัดน้ำเสีย ยับยั้งการเจริญเติบโตของจุลินทรีย์ ป้องกันแมลง ปุ๋ย กาว ยารักษาโรค แก้ท้องเสีย สบู่ เป็นต้น
เนื่องจากเป็นสารอินทรีย์ “ความเป๊ะ” ในการใช้ เช่น เกรด คุณภาพ ปริมาณ ความเข้มข้น เพื่อให้ได้เวลาหน่วงที่ต้องการจึงเป็นความท้าทายยิ่ง
ในทางปฏิบติก็เหมือนตัวเร่งน่ะครับ เราก็ต้องพึ่งห้องทดลอง และ cement lab technician เราก็จะได้ซีเมนต์ recipe ออกมาชุดหนึ่ง พอถึงหน้างานเราก็ดูว่า น้ำที่เราใช้ผสมเป็นอย่างไร (คลอไรด์เท่าไร) สารเคมีต่างๆเกรดอะไร ล๊อตไหน อุณหภูมิหลุมเท่าไร เวลาที่เราต้องการให้ซีเมนต์แข็งตัว อย่างช้าเท่าไร อย่าเร็วเท่าไร แล้วเราก็เลือกสูตรที่จะใช้จาก recipe ที่เรามีนั่นแหละ
เรื่องตัวหน่วงการแข็งตัวนี่ก็เป็นอีกเรื่องที่ผมก็ฉงนมากๆว่า เรามีสารเคมีสังเคราะห์มากมาย แต่ปัจจุบัน ยังไม่มีสารเคมีสังเคราะห์ที่เสถียรพอที่จะนำมาใช้ในเชิงการค้ากับอุตสาหกรรมเรา (หรืออย่างไร)
อ่านเพิ่มเติม ……
https://oilfieldteam.com/en/a/learning/Cement-Retarders-140318
https://en.wikipedia.org/wiki/Cement_accelerator
และ ถ้าอยากรู้ลึกรู้จริง เล่มนี้ครับ คลิ๊ก “บทที่ 3”
ถ้าจะซื้อของออนไลน์จาก 2 เจ้านี้อยู่แล้ว คลิ๊กลิงค์ หรือ โลโก้ ข้างล่างนี้เลยครับ ผมจะได้ค่าคอมฯเล็กๆน้อยๆสมทบทุนจ่ายค่าเช่า host server ขอบคุณครับ
(ไม่ต้องกังวลนะครับ ไม่ใช่ลิงค์ดูดเงินแน่ๆ)
 https://raka.is/r/qlzXR |
https://raka.is/r/gP7GV |
--- มีคำถามเพิ่มเติม พูดคุย เม้าส์มอย ไปต่อกันได้ที่กระดานสนทนา (webboard) นะครับ
คลิ๊กเลย
